ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 1997 года по МПК G01F1/32 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения расхода жидкостей и газов.

Известен вихревой расходомер, содержащий тело обтекания треугольного сечения, помещенное внутри трубопровода перпендикулярно оси потока, и детектор вихревых колебаний, который расположен на внутренней поверхности трубопровода за телом обтекания [1]
Недостатками этого устройства являются низкие чувствительность и точность, что обусловлено возможностью регистрации сигнала только у стенки трубопровода в зоне размещения детектора вихревых колебаний.

Наиболее близким аналогом изобретения является вихревой расходомер, содержащий помещенное внутри трубопровода тело обтекания, размещенные за ним по потоку диаметрально противоположно излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, соединенные, соответственно, с генератором и предварительным усилителем, выходы которых соединены с входами фазового детектора и блок регистрации [2] В данном расходомере преобразование частоты вихревых колебаний в выходной сигнал производится с помощью остро направленного ультразвукового луча, который модулируется этими колебаниями.

Недостатком известного расходомера является невысокая точность измерения, что вызвано влиянием на его показания помех, создаваемых турбулентными пульсациями скорости потока.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности измерения.

Это достигается тем, что известный вихревой расходомер снабжен преобразовательным блоком, включенным между фазовым детектором и блоком регистрации и состоящим из пикового детектора, устройства выборки-хранения, компаратора, таймера и устройства задания масштабного коэффициента, причем выход фазового детектора подключен к входу пикового детектора и одному из входов компаратора, выход пикового детектора подключен к устройству выборки-хранения, выход которого соединен со вторым входом компаратора, подключенного к блоку регистрации, таймер соединен с управляющими входами пикового детектора и устройства выборки-хранения, к калибровочному входу которого подключено устройство задания масштабного коэффициента.

На чертеже показана функциональная схема вихревого расходомера.

Расходомер содержит трубопровод 1, помещенное в трубопровод 1 тело обтекания 2, излучатель 3 и приемник 4 ультразвуковых колебаний, установленные диаметрально-противоположно за телом обтекания 2 в стенке трубопровода 1. Измерительная схема расходомера включает генератор 5, предварительный усилитель 6, фазовый детектор 7, преобразовательный блок 8 и блок регистрации 9.

Преобразовательный блок 8, включенный между фазовым детектором 7 и блоком регистрации 9, состоит из пикового детектора 10, устройства выборки-хранения 11, компаратора 12, таймера 13 и устройства задания масштабного коэффициента 14.

Элементы расходомера связаны между собой следующим образом.

Излучатель ультразвуковых колебаний 3 подключен к генератору 5, а приемник ультразвуковых колебаний 4 через предварительный усилитель 6 подключен к входу фазового детектора 7, другой вход которого соединен с выходом генератора 5. Выход фазового детектора 7 подключен к входу пикового детектора 10 и одному из входов компаратора 12. Выход пикового детектора 10 подключен к устройству выборки-хранения 11, выход которого соединен со вторым входом компаратора 12, подключенного к блоку регистрации 9.

Таймер 13 соединен с управляющими входами пикового детектора 10 и устройства выборки-хранения 11, к калибровочному входу которого подключено устройство задания масштабного коэффициента 14.

Расходомер работает следующим образом.

При движении среды около тела обтекания 2 за ним образуется цепочка вихрей Кармана, частота следования которых пропорциональна расходу среды Q. Переносимые потоки среды вихри Кармана, а также турбулентные пульчации скорости потока модулируют зондирующий ультразвуковой луч, создаваемый излучателем ультразвуковых колебаний 3, подключенным к генератору 5. Ультразвуковое излучение воспринимается приемником ультразвуковых колебаний 4, с выхода которого модулированный по фазе сигнал поступает на вход фазового детектора 7. С выхода фазового детектора 7 снимается низкочастотный сигнал, состоящий из смеси полезного сигнала и сигнала помех, обусловленного турбулентными пульсациями. При этом частота полезного сигнала пропорциональна расходу среды, а его амплитуда также, как и амплитуда сигнала помех, может изменяться в значительных пределах в зависимости от расхода, оставаясь во всем диапазоне измерений на 30 60% больше, чем амплитуда сигнала помех.

Пиковый детектор 10 выделяет значение локального максимума сигнала на периоде T_с (например, 0,01 0,1 с), задаваемом таймером 13.

Выделенное значение максимума хранится в течение времени T_c в устройстве выборки-хранения 11. С выхода устройства выборки-хранения 11 на компаратор 12 поступает пороговое напряжение, пропорциональное локальному максимуму сигнала на предыдущем периоде T_c в заданном масштабе, задаваемом устройством задания масштабного коэффициента 14 (например, с коэффициентом 0,8).

Компаратор 12 выделяет моменты пересечения амплитуды сигнала с выхода фазового детектора 7 порогового напряжения, задаваемого устройством выборки-хранения 11, тем самым отсекая сигнал помех. В результате чего с выхода компаратора 12 на вход блока регистрации 9 поступают импульсы, частота которых пропорциональна расходу среды.

Использование: в избирательной технике для точного измерения расхода жидкостей и газов. Сущность изобретения: расходомер содержит тело обтекания 2, размещенное в трубопроводе 1, излучатель 3 и приемник 4 ультразвуковых колебаний, генератор 5, предварительный усилитель 6, фазовый детектор 7, блок регистрации 9, пиковый детектор 10, устройство выборки-хранения 11, компаратор 12, таймер 13 и устройство 14 задания масштабного коэффициента. 1 ил.

Выхревой раходомер, содержащий помещенное внутри трубопровода тело обтекания, установленные за ним по потоку диаметрально противоположно излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, соединенные соответственно с генератором и предварительным усилителем, выходы которых соединены с входами фазового детектора, и блок регистрации, отличающийся тем, что он снабжен преобразовательным блоком, включенным между фазовым детектором и блоком регистрации и состоящим из пикового детектора, устройства выборки-хранения, компаратора, таймера и устройства задания масштабного коэффициента, причем выход фазового детектора подключен к входу пикового детектора и одному из входов компаратора, выход пикового детектора подключен к устройству выборки-хранения, выход которого соединен с вторым входом компаратора, подключенного к блоку регистрации, таймер соединен с управляющими входами пикового детектора и устройства выборки-хранения, к калибровочному входу которого подключено устройство задания масштабного коэффициента.